数字文化数据管理：文化与科技融合初探

2023-10-17 理论教育版权反馈

【摘要】：数据库是一个单位或是一个应用领域的通用数据处理系统，存储的是属于企业和事业部门、团体和个人的有关数据的集合。物理数据层是数据库的最内层，是物理存储设备上实际存储的数据的集合。数据模型是设计和表示应用的静态与动态特性及完整性约束的完全数学定义的概念集合，是数据库系统的基础。

网络的蓬勃发展，使信息的收集变得更加全面、更加智能、更加深入。然而，如果缺乏有效的手段对信息进行稳定的存储、高效的组织、便捷的查询，则相当于进入浩瀚的海洋，不知所措。幸运的是，数据库系统在近半个世纪以来大展拳脚，为我们提供了便利的处理工具。

数据库（Database）是按照数据结构来组织、存储和管理数据的仓库，它产生于距今五十年前，随着信息技术和市场的发展，特别是20世纪90年代以后，数据管理不再仅仅是存储和管理数据，而转变成用户所需要的各种数据管理的方式。数据库有很多种类型，从最简单的存储有各种数据的表格到能够进行海量数据存储的大型数据库系统都在各个方面得到了广泛的应用^[3]。

数据库是一个单位或是一个应用领域的通用数据处理系统，存储的是属于企业和事业部门、团体和个人的有关数据的集合。数据库中的数据是从全局观点出发建立的，它按一定的数据模型进行组织、描述和存储。其结构基于数据间的自然联系，从而可提供一切必要的存取路径，且数据不再针对某一应用，而是面向全组织，具有整体的结构化特征。

数据库中的数据是为众多用户共享其信息而建立的，已经摆脱了具体程序的限制和制约。不同的用户可以按各自的用法使用数据库中的数据；多个用户可以同时共享数据库中的数据资源，即不同的用户可以同时存取数据库中的同一个数据。数据共享性不仅满足了各用户对信息内容的要求，同时也满足了各用户之间信息通信的要求。

数据库的基本结构分三个层次，反映了观察数据库的三种不同角度，不同层次之间的联系通过映射进行转换，有物理数据层、概念数据层和逻辑数据层三层。

物理数据层是数据库的最内层，是物理存储设备上实际存储的数据的集合。这些数据是原始数据，是用户加工的对象，由内部模式描述的指令操作处理的位串、字符和字组成。概念数据层是数据库的中间一层，是数据库的整体逻辑表示，指出了每个数据的逻辑定义及数据间的逻辑联系，是存储记录的集合，所涉及的是数据库所有对象的逻辑关系，而不是它们的物理情况，是数据库管理员概念下的数据库。逻辑数据层是用户所看到和使用的数据库，表示了一个或一些特定用户使用的数据集合，即逻辑记录的集合。

网络技术的发展和普及给数据库系统赋予了新的内涵。新的数据库系统必须能够适应网络发展的新特点，才能跟上信息发展的步伐。互联网的发展使数据分布存储成为趋势，如何实现不同系统间数据的交互和同步，成为数据库系统必须考虑的问题。同时，互联网的发展对数据展示方式也提出了变革需求。在这种背景下，产生了新的数据分布和展现技术，这些技术应用到数据库系统中，促进了数据库技术的发展。

作为一种计算机网络的因特网已经在替代以个人计算机为计算中心的单机运行环境而成为新的计算平台。以因特网为核心的计算平台使数据库应用环境发生了巨大的变化，基于因特网的应用向数据库领域提出了前所未有的挑战，并对数据库本身的存储机制、空间使用的效率及安全性等方面都提出了更高的要求。在这种新的应用环境下，传统关系数据库简单的二维表格结构已经远远难以满足应用需求。

所谓因特网数据库，其实质是在传统关系数据库技术之上，融合网络技术、存储技术和检索技术发展起来的。它结合了传统数据库技术的一些优点，在数据库模型、存储机制和检索技术等方面做出革新，以面向因特网的功能结构适用于以因特网为基础的应用，从而开辟了一个因特网数据库的新时代。

网络应用带来了数据库系统体系结构的新变迁。随着计算机系统结构由集中式主机系统发展到客户机/服务器（Client/Server）系统及分布式的多层网络系统，数据库系统的体系结构也从集中式的主机/终端结构、两层的客户机/服务器结构向三层或多层体系结构发展。新的应用对数据库系统有新的要求，如共享能力、建模能力、查询功能、高级的现代事务管理、图形工具集等。

数据的存储与共享要求可以存储各种类型的数据，并能够存取和修改这些数据，不管数据是以何种形式存储在何处。

数据模型是设计和表示应用的静态与动态特性及完整性约束的完全数学定义的概念集合，是数据库系统的基础。现代应用要求更强的建模能力，要求数据库系统提供的建模技术与工具支持有：①丰富的基础数据类型；②复杂信息建模；③数据模型级的新型操作。

新的查询功能包含特制查询语言功能（提供一种特制查询语言或具有这种语言能力的服务）以及新的查询优化策略，如语义查询优化、时间查询优化、整体查询优化技术等。

许多应用是数据密集型并不断发展变化的，所以要求提供能自由地改变和更新有关应用语义和结构的工具以及支持和维护关于应用数据本身的专门数据记录，包括数据的所有权、建立时间、用途、变更历史等信息。

高级的现代事务管理包括事务的模型、特征以及实现技术等。现代应用要求具有：①复杂事务模型；②结构依赖性、语义相关性、实时性、主动性等；③新的或较弱的正确性准则；④新的实现技术。

图形化是各种工程型应用普遍要求的，如各种工具的图形界面、图形数据结构、对数据库或模式的图形浏览式存取、语义联系的可视化说明及应用本身（如各种CAD、CASE等）的处理等，所以要求数据库系统要集成友好的图形工具集。

数据模型是数据库系统的核心和基础，是现实世界数据特征的一种抽象，是对现实世界的模拟。用数据模型可以抽象、表示和处理现实中的数据和信息。

概念模型是面向现实世界的，是为了有效和自然地模拟现实世界，是数据库设计人员和用户之间进行交流的语言，是数据库设计的有力工具。概念模型的表示方法很多，其中最著名、最常用的是1976年P.P.S.Chen提出的实体—联系图，如图10.1所示。

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图10.1　学生选课E－R图(www.chuimin.cn)

关系数据模型是目前最重要的一种数据模型，用二维表表示实体和实体间的联系。基本术语有关系、记录、字段、主键、域等。

数据库管理系统软件都是基于某种数据模型的，是操纵和管理数据库的大型软件，流行的数据库管理系统软件有Oracle、DB2、Informix、SQL Server、Sybase、MySQL和Access等。

Oracle数据库产品被认为是运行稳定、功能齐全、性能超群的贵族产品。这一方面反映了它在技术方面的领先，另一方面也反映了它在价格定位上更侧重于大型的企业数据库领域。对于数据量大、事务处理繁忙、安全性要求高的企业，Oracle无疑是比较理想的选择。Oracle数据库产品在全世界范围内占有相当大比例的市场份额，具有兼容性强、可移植性高、可联结性强、生产率高等特点。目前，Oracle数据库系统已广泛应用于电信、邮政、金融、电力、医院及工业生产等领域。

SQL Server是Microsoft公司开发的大型关系数据库管理系统。该产品继承了微软产品界面友好、易学易用的特点，与其他大型数据库产品相比，在操作性和交互性方面独树一帜。SQL Server可以与Windows操作系统紧密集成，这种安排使它能充分利用操作系统所提供的特性，不论是应用程序开发速度还是系统事务处理运行速度，都能得到较大的提升。另外，SQL Server可以借助浏览器实现数据库查询功能，并支持内容丰富的扩展标记语言（XML），提供了全面支持Web功能的数据库解决方案。对于在Windows平台上开发的各种企业级信息管理系统来说，不论是C/S架构还是B/S架构，SQL Server都是一个很好的选择。SQL Server的缺点是只能在Windows系统下运行。

MySQL是一个开放的、多线程、多用户的关系数据库管理系统。与Apache和PHP/PERL结合，为建立基于数据库的动态网站提供了强大动力。MySQL的工作模式是基于C/S结构，利用一个服务器进程mysqld管理数据库，同时还提供了访问数据库和创建应用的工具。最常见的包括：mysql工具，在MySQL下执行SQL；mysqlaccess工具，管理用户；mysqladmin工具，管理数据库服务器；mysqldump工具，将MySQL数据库或表的定义和内容转储；mysqlhotcopy工具，MySQL数据库备份；mysqlimport工具，导入数据；mysqlshow工具，显示信息等。

现在，快速、易用、高性能的MySQL可以运行在并不昂贵的硬件平台上，为用户提供一般大型数据库管理系统才能支持的性能。MySQL已经成为当前网络中使用最多的数据库之一，特别是在Web应用上，它占据了中小型应用的绝对优势。这一切都源于它的小巧易用、安全有效、开放式许可和多平台的特点，更主要的是它与PHP的完美结合。

数字文化信息的发展将加速信息爆炸，到了Web“泛数据”时代，表现在XMLdata以及X－computing两个方面，“泛数据”研究的根本问题是它能否产生与关系模型和事务处理技术比肩的成果^[4]。

目前看来，数据库技术的主要发展趋势包括：可以处理复杂对象的面向对象数据库技术，可以执行分布式处理的网格数据库技术，可以实现并行处理的并行数据库技术，可以对数据库中数据进行多维和历史分析的数据仓库技术，可以处理多媒体海量数据的多媒体数据库技术，可以存储空间位置信息的空间数据库技术，可以支持个人应用的嵌入式移动数据库技术，以及可以支持长事务和协调处理的数据流数据库技术、微小型数据库技术、传感器数据库技术等。

微小型数据库技术随着智能移动终端的普及，体现出其优越性。存储器限制是决定微小型数据库系统特征的重要因素，据此分为超微DBMS（pico－DBMS）、微小DBMS（micro－DBMS）和嵌入式DBMS。传统的分布式计算与分布式数据库的研究是基于有线网络和固定主机的。这些都采用了一些默认的隐含假设，例如固定网络连接、对等通信代价、主机节点固定不变等。但随着移动通信技术和网络技术迅速发展，加之移动计算机和移动通信设备的大量普及，许多计算节点可以在移动过程中与网络建立连接，使得上述假设条件不成立。移动计算环境具有移动性、低带宽、频繁断接性、网络通信的非对称性、电源电力的有限性等特点，使得传统分布式数据库中的方法和技术不能直接应用于移动数据库。移动数据库技术需要解决的核心技术包括移动计算模型、路由技术、查询技术、广播数据技术、保障数据的可恢复性和一致性技术等。

在传感器网络中，传感器数据由传感器产生，标记时间戳，发送到服务器，再由服务器对其进行处理。传感器数据库系统需要解决一些新的问题如传感器数据的表示和传感器查询的表示、在传感器节点上处理查询分片、分布查询分片、适应网络条件的改变、处理站点失败和传输失败的情况等。

随着计算机的广泛应用，在办公自动化、生产管理和控制等领域，人们对用户界面和信息载体提出了越来越高的要求，希望有声有色、图文并茂等。传统的数据库管理系统在处理大字节的数据类型时，采取了复杂的方法。但是，这些方法已经无法完成对大量图形、图像、声音和视频等多媒体数据的处理。因此，如何存储和使用这些具有海量数据的多媒体数据，并按照用户的喜好随时检索和使用，是摆在数据库技术人员面前的难题。

通常，把能够管理数值、文字、表格、图形、图像、声音等多种媒体的数据库称为多媒体数据库。与传统DBMS一样，多媒体DBMS也要进行数据的处理、查询和事务处理的管理等。在多媒体DBMS中特别强调“媒体独立性”。所谓媒体独立性是指不论管理的多媒体数据库中的媒体如何变化，都不需改变DBMS。因此，多媒体DBMS应能支持：①媒体的混合，即当遇到各种混合在一起的媒体，DBMS需对它们进行统一管理；②媒体的扩充，即DBMS除了能处理图形、图像、声音等信息外，还应该能根据要求处理新的媒体；③媒体的转换，即在DBMS中遇到的各种媒体，应能在DBMS下相互转换，以保障媒体的互换性。

由于不同媒体上的信息具有不同的性质与特性，如何组织存在于不同媒体上的信息，将不同媒体上的数据一体化，是多媒体数据库系统要解决的问题。

未来的理想数据库系统应是上述各种数据库技术的有机结合，集各家之长，补各家之短，高质量地满足各种实际需要。数据库技术的发展是根据用户的需求而发展的。相信随着需求的变化，计算机软硬件技术的发展，数据库技术将会不断更新和完善。

【注释】

[1]刘树法，鲍俊花.硬盘的常用性能指标［EB/OL］.广电电器网，http：//www.gogddq.com.

[2]微电子所成功研制国内首个256位分子存储器电路［EB/OL］.中国科学院，http：//www.cas.cn/ky/kyjz/200803/t20080303＿1027195.shtml.

[3]郑世珏，杨青.数据库技术及应用基础教程［M］.北京：高等教育出版社，2005.

[4]孟小峰，周龙骧，王珊.数据库技术发展趋势［J］.软件学报，2004（12）.

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